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空间倒三角形截面钢管桁架的承载力研究

作　者: 王治辉
导　师: 王俊平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 特征值屈曲分析非线性钢管桁架整体稳定
分类号: TU392.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,采用焊接相贯节点的钢管桁架结构广泛应用于空间大跨度结构中,有关钢管结构的计算理论和设计方法主要是针对相贯节点的承载性能进行的,在稳定设计方面还是沿用传统的桁架理论,很少有对空间钢管桁架从整体稳定性上进行研究。从网架结构的受力特点可以看出,当其边长比大于1．5时,其受力特点从双向变为单向受力,平面管桁架与空间管桁架均属于单向受力结构,其自身平面内具有较大的刚度,但是,平面桁架本身在垂直于桁架平面的外侧(称为桁架平面外)刚度和稳定性较差,需要布置一定数量的侧向支撑。然而,空间管桁架相对于平面桁架增大了上弦的宽度,使原平面桁架起控制作用的上弦杆件提高了稳定性,改善了结构的工作性能。但空间管桁架的侧向稳定性提高多少这一问题仍需研究,针对这一问题本文选空间倒三角形钢管桁架结构为研究对象,主要做了以下几方面的研究工作：首先,利用有限元软件ANSYS 11.0对结构进行了特征值屈曲分析,求得空间钢管桁架的各阶屈曲模态和屈曲荷载,再利用非线性分析(考虑初始缺陷、大变形响应等特性)更精确地考察使结构变得不稳定的临界荷载,并利用弧长法跟踪结构的后屈曲行为。其次,对由空间钢管桁架组成的屋盖系统进行静力计算分析,结合我们的工程实践经验,得出截面形状参数及杆件截面面积是影响空间管桁架稳定性的主要因素。最后,就空间钢管桁架的极限承载力进行了计算分析,得到两个影响显著的因素：宽高比W/H和高跨比H/L。分别分析了它们对桁架极限承载力的影响,以及宽高比、高跨比对桁架极限承载力综合影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-21
  1.1 背景和意义  10-15
    1.1.1 钢管结构在建筑结构中的应用  10-13
    1.1.2 钢管桁架结构的特点  13-14
    1.1.3 钢管桁架结构的节点构造形式  14-15
  1.2 钢管桁架结构的研究现状及设计方法  15-19
    1.2.1 钢管结构设计的发展历程  15-16
    1.2.2 钢管桁架结构的研究现状  16-19
    1.2.3 钢管桁架结构设计的主要问题  19
  1.3 本文的研究内容  19-21
第二章钢结构稳定理论  21-26
  2.1 稳定问题的类型  21-23
  2.2 稳定问题的特点  23-24
    2.2.1 多样性  23
    2.2.2 整体性  23-24
    2.2.3 相关性  24
  2.3 稳定问题的计算方法  24-25
    2.3.1 平衡法  24
    2.3.2 能量法  24-25
    2.3.3 动力法  25
  2.4 本章小结  25-26
第三章有限单元法简介  26-42
  3.1 本文使用的有限元法  26-29
    3.1.1 单元类型选取及介绍  26-28
    3.1.2 单元的材料特性  28-29
  3.2 屈曲分析  29-32
    3.2.1 特征值屈曲分析的概念  30
    3.2.2 特征值屈曲分析的基础  30-31
    3.2.3 特征值屈曲分析的过程  31-32
  3.3 非线性结构分析  32-40
    3.3.1 结构非线性的定义  32-33
    3.3.2 非线性行为的原因  33-34
    3.3.3 非线性有限元问题的一般求解方法  34-40
    3.3.4 平衡迭代的收敛准则  40
  3.4 本章小结  40-42
第四章空间钢管桁架的有限元分析  42-58
  4.1 计算模型的确定  42-47
    4.1.1 模型的基本假定  43-44
    4.1.2 模型的约束情况  44-45
    4.1.3 模型的网格划分  45-47
  4.2 屈曲荷载的确定原则  47-48
  4.3 算例结果及分析  48-57
    4.3.1 梁的整体稳定性  48-49
    4.3.2 特征值屈曲分析  49-52
    4.3.3 非线性屈曲分析  52-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章空间钢管桁架的静力分析  58-65
  5.1 基本静力性能  58-59
  5.2 截面形状参数对管桁架性能的影响  59-62
    5.2.1 上弦宽度W对结构性能的影响  59-60
    5.2.2 截面高度H对结构性能的影响  60-61
    5.2.3 节间长度S对结构性能的影响  61-62
  5.3 杆件截面面积对结构性能的影响  62-63
  5.4 本章小结  63-65
第六章空间钢管桁架的极限承载力分析  65-75
  6.1 宽高比对桁架极限承载力的影响  66-67
    6.1.1 不同截面尺寸下宽高比的影响  66-67
    6.1.2 不同节间长度下宽高比的影响  67
  6.2 高跨比对桁架极限承载力的影响  67-69
    6.2.1 不同截面尺寸下高跨比的影响  67-68
    6.2.2 不同节间长度下高跨比的影响  68-69
  6.3 特定跨度下不同高跨比和宽高比的综合影响  69-72
  6.4 上弦水平斜腹杆对承载力的影响  72-73
  6.5 本章小结  73-75
第七章结论与展望  75-78
  7.1 结论  75-76
  7.2 展望  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-84
附录  84

空间倒三角形截面钢管桁架的承载力研究

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